【正文】 (1)了解制動(dòng)性能熱衰退機(jī)理，對(duì)制動(dòng)器的生熱和散熱進(jìn)行分析計(jì)算，確定導(dǎo)致制動(dòng)性能熱衰退主要因素 (2)通過對(duì)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的總結(jié)分析，改變其動(dòng)力源，采用人工智能的控制方法。 六 、論文撰寫過程中擬采取的方法和手段 上網(wǎng)查閱資料，搜集相關(guān)論文，期刊、雜志，了解最新的混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)、原理 。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 誠信申 明 本人聲明： 我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是 本 人在導(dǎo)師指導(dǎo)下對(duì)四年專業(yè)知識(shí)而進(jìn)行的研究工作及全面的總結(jié)。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的同學(xué)對(duì)本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。 本人簽名： 年 月 日 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 鼓式制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 為解決裝備鼓式制動(dòng)器的汽車制動(dòng)性能熱衰退而引起的制動(dòng)失效，本文設(shè)計(jì)了制動(dòng)系抗熱衰退自控冷卻裝置。 本文首先從制動(dòng)性能熱衰退機(jī)理出發(fā)，分析了制動(dòng)器生熱和散熱過程的換熱平衡問題，得出導(dǎo)致制動(dòng)性能熱衰退因素，對(duì)生熱和散熱進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)試驗(yàn)起到了指導(dǎo)作用。為了提高駕駛的安全性，進(jìn)行了自動(dòng)控制設(shè)計(jì)。本課題還進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括：冷卻控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)及選型、電路設(shè)計(jì)。將該冷卻裝置推廣運(yùn)用，將會(huì)獲得一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。它造價(jià)便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，在部分轎車和大部分貨車中得到廣泛應(yīng)用。 制動(dòng)塊 的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。制動(dòng)塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一 章 課題背景 第 鼓式制動(dòng)器 介紹 鼓式制動(dòng)也叫塊式制動(dòng)，是靠制動(dòng)塊在制動(dòng)輪上壓緊來實(shí)現(xiàn)剎車的?，F(xiàn)在鼓式制動(dòng)器的主流是內(nèi)張式，它的制動(dòng)塊 (剎車蹄 )位于制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)，在剎車的時(shí)候制動(dòng)塊向外張開，摩擦制動(dòng)輪的內(nèi)側(cè)，達(dá)到剎車的目的。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集大量的熱量。另外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙，甚至要把整個(gè)剎車鼓拆出清理累積在內(nèi)的剎車粉。 四輪轎車在制動(dòng)過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的 70%80%，前輪制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)作用鼓式制動(dòng)器，因此轎車生產(chǎn)廠 家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動(dòng)方式。 鼓式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件是制動(dòng)鼓，固定元件是制動(dòng)蹄，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄在促動(dòng)裝置作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上，對(duì)鼓產(chǎn)生制動(dòng)摩擦力矩。 以液壓制動(dòng)輪缸作為制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為輪缸式制動(dòng)器；以凸輪作為促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為凸輪式制動(dòng)器； 用楔作為促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為楔式制北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 動(dòng)器。但由于車輪是旋轉(zhuǎn)的，制動(dòng)鼓作用于制動(dòng)蹄的壓力左右不對(duì)稱，造成自行增力或自行減力的作用。 為了保持良好的制動(dòng)效率，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間要有一個(gè)最佳間隙值。過去的鼓式制動(dòng)器間隙需要人工調(diào)整，用塞尺調(diào)整間隙。當(dāng)間隙增大時(shí)，制動(dòng)蹄推出量超過一定范圍時(shí)，調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)會(huì)將調(diào)整桿（棘爪）拉到與調(diào)整齒下一個(gè)齒接合的位置，從而增加連桿的長(zhǎng)度，使制動(dòng)蹄位置位移，恢復(fù)正常間隙。鼓式制動(dòng)器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車（停車）制動(dòng)組合在一起，凡是后輪為鼓式制動(dòng)器的轎車，其駐車制動(dòng)器也組合在后輪制動(dòng)器 上。 圖 鼓式制動(dòng)器的位置 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 鼓式制動(dòng)器的各個(gè)元件 當(dāng)踏下制動(dòng)踏板 1 時(shí)，通過推桿 2 推動(dòng)主缸活塞 3 后移。制動(dòng)蹄上的摩擦片 9 壓緊在制動(dòng)轂的內(nèi)圓柱面上。制動(dòng)力經(jīng)車輪、車橋、懸架傳給車架、車身，迫使汽車減速。但是，與汽車牽引力類似，汽車制動(dòng)力的大小不僅取決于制動(dòng)力矩 Mu 大小，還受輪胎與地面附著條件限制。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 鼓式制動(dòng)器制動(dòng)原理 第 鼓式制動(dòng)器 熱衰退概述 “熱衰退 指的是當(dāng)制動(dòng)初速度大、壓力增大、制動(dòng)頻繁導(dǎo)致摩擦副溫度升高時(shí)，摩擦因數(shù)降低的一種現(xiàn)象。 隨著我國汽車交通運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車保有量大幅度增長(zhǎng)，目前的道路交通事故發(fā)生趨勢(shì)上升。這些低等級(jí)公路多分布于山區(qū)．車輛在這些道路上行駛，特別是重型貨車在山區(qū)坡道行駛時(shí)，需要頻繁使用制動(dòng)器，甚至需要長(zhǎng)北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 時(shí)間拖剎持續(xù)制動(dòng)．致使制動(dòng)器溫度上升很快，制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象突出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使制動(dòng)能力完全喪失，以至釀成嚴(yán)重的交通事故，給國家和人民帶來巨大的損失。 山區(qū)道路坡大彎急，汽車行駛過程中需要頻繁制動(dòng)，制動(dòng)器工作時(shí)間較長(zhǎng)，制動(dòng)蹄片和制動(dòng)轂容易發(fā)熱，導(dǎo)致摩擦片的摩擦系數(shù)急劇下降，致使汽車制動(dòng)效能衰退，嚴(yán)重影響制動(dòng)的可靠性。汽車山區(qū)行車制動(dòng)存在的問題及汽車制動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)原理汽車在山區(qū)行駛制動(dòng)存在的問題制動(dòng)器工作時(shí)，摩擦所產(chǎn)生的熱絕大部分傳給了制動(dòng)轂，使其溫度升高，制動(dòng)轂升溫后將膨脹而使制動(dòng)間隙增大。摩擦片的導(dǎo)熱性很差，通過它傳到制動(dòng)蹄的熱量很少，而且難以向大氣散熱。摩擦片溫升過高將導(dǎo)致摩擦系數(shù)大幅度下降而嚴(yán)重影響制動(dòng)效能（這種現(xiàn)象稱為制動(dòng)器的熱衰退），以及耐腐蝕變壞而縮短使用壽命，情況嚴(yán)重時(shí)還可能燒毀。當(dāng)前，我國商用載重汽車制動(dòng)器襯片仍 大量使用石棉制品?！盁崴ネ恕币话闶侵钢苿?dòng)器襯片組成材料中的黏結(jié)材料在高溫狀態(tài)下炭化，而造成的摩擦系數(shù)下降?，F(xiàn)在歐美等發(fā)達(dá)國家已用無石棉低金屬襯片取代石棉制品。 目前，我國在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)基本不使用石棉剎車片，但在重型車中還占據(jù)相當(dāng)比例。隨著半金屬、少金屬配方的不斷成熟和技術(shù)進(jìn)步，我國的重型車剎車片也在逐漸被無石棉 剎車片取代。目前，一些載貨汽車進(jìn)行了制動(dòng)器淋水冷卻，雖然具有一定的效果，但由于淋水時(shí)機(jī)難以掌握，經(jīng)常產(chǎn)生制動(dòng)轂變形開裂，導(dǎo)致車輛不能正常制動(dòng)和行駛。傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)主要存在自動(dòng)化程度低和冷卻效果難以控制的缺點(diǎn)。風(fēng)冷形式主要為強(qiáng)制風(fēng)冷式，是在現(xiàn)有制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在制動(dòng)鼓的外壁上均布徑向展開的翅片：但是冷卻效果差，主要應(yīng)用于小型車。開式冷卻：由人員進(jìn)行控制，如果制動(dòng)時(shí)未及時(shí)冷卻制動(dòng)鼓，會(huì)引起制動(dòng)鼓淬火，冷卻液流到路面會(huì)潮濕路面。 為防止制動(dòng)性能熱衰退，主要有以下四種方案： (1)改進(jìn)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)和摩擦材料 制動(dòng)器熱容量和抗熱衰退性能的好壞是影響其使用壽命的重要因素。但若其熱容量小，抗熱衰退性能差，會(huì)使其溫度升高，不僅摩擦力矩顯著下降，制動(dòng)效能明顯 降低，而且會(huì)把車輛的輪轂軸承潤(rùn)滑脂烤化，制動(dòng)鼓退火變色，車輪內(nèi)胎爆北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 破等。采取的改進(jìn)方案為：制動(dòng)器制動(dòng)蹄襯片加寬，制動(dòng)鼓直徑加大，制動(dòng)摩擦力增長(zhǎng)快，吸收能量多，制動(dòng)效能提高；制動(dòng)鼓凸緣有散熱降溫作用，可以適當(dāng)?shù)卦黾颖诤瘛２煌M分的摩擦材料都有其對(duì)應(yīng)的熱分解溫度。 (2)氣壓 氣壓淋水冷卻系統(tǒng)主要借助貯氣筒內(nèi)的高壓空氣壓迫高位水箱內(nèi)的水，通過電磁閥來控制噴水，淋水箱 頂部裝有調(diào)壓閥和氣壓閥。采用延時(shí)控制噴水，該裝置較簡(jiǎn)單，易改裝，這是目前解決制動(dòng)性能熱衰退常用的方法。 (3)壓縮風(fēng)冷卻 強(qiáng)制風(fēng)冷式車輪制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)。一方面通過展開的翅片向周圍環(huán)境散發(fā)熱量；另一方面用壓風(fēng)裝置強(qiáng)制向制動(dòng)器吹風(fēng)冷卻。但是該裝置存在的問題是：汽車在行駛過程中，一直驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，造成不必要的發(fā)動(dòng)機(jī)功 率損失。 (4)直流電動(dòng)水泵淋水裝置 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的直流電動(dòng)水泵淋水裝置，其特征是將冷卻水箱裝的水經(jīng)過水箱出水口接的管道至過濾器，再由直流電動(dòng)水泵對(duì)過濾后的水產(chǎn)生衡壓揚(yáng)程。當(dāng)冷卻水箱內(nèi)的水位低于警戒水位時(shí)報(bào)警器就會(huì)發(fā)出音響報(bào)警，提醒駕駛員及時(shí)加水，確保行車安全。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 鼓式制動(dòng)器強(qiáng)制風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 第 課題的提出及意義 雖然鼓式制動(dòng)器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，石棉和無石棉的摩擦片其抗熱衰退能力差，但是因其能提供較大的制動(dòng)力矩，所以目前仍然具有很大的應(yīng)用空間。但是摩擦片溫度升高后，會(huì)導(dǎo)致摩擦片與制動(dòng)鼓之間的摩擦因數(shù)降低，致使制動(dòng)器的制動(dòng)力矩下降，引起制動(dòng)失效。降低摩擦片的溫度是防止制動(dòng)性能熱衰退簡(jiǎn)單而有效的方法。截止到 2021年底，在八達(dá)嶺高速公路返京線有 100多輛貨車因超載引起制動(dòng)失效沖進(jìn)緊急避險(xiǎn)車道。另 312國道陜西省藍(lán)小公路路段全長(zhǎng) 48km，為典型的山區(qū)公路，沿線地勢(shì)險(xiǎn)要，坡大溝深，從 1999年到 2021年，共發(fā)生交通事故 560起，死亡 81人，傷 363人，直接經(jīng)濟(jì)損失 881． 384萬元 (袁偉，2021)。 本課題中將通過對(duì)鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及熱衰退原理進(jìn)行分析，并結(jié)合前人對(duì)制動(dòng)系冷卻設(shè)計(jì)的 結(jié)晶，設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制強(qiáng)制風(fēng)冷卻系統(tǒng)。根據(jù)制動(dòng)器溫度的不同，通過傳感技術(shù)及電路設(shè)計(jì)，控制半導(dǎo)體制冷片及變頻電 機(jī)的功率，從而對(duì)制冷量進(jìn)行調(diào)控?？照{(diào)系統(tǒng)工作是由制動(dòng)踏板制動(dòng)信號(hào)自動(dòng)控制的。 第 空氣冷卻的優(yōu)缺點(diǎn) 在本冷卻系統(tǒng)中，冷卻方式采用強(qiáng)制風(fēng)冷卻。被冷卻的空氣流經(jīng)待冷卻的部件外圍的風(fēng)冷翅片，可以很大程度地帶走熱量，起到冷卻作用。冷卻器的設(shè)置以工廠本身均毋需靠近水源（如河流或湖泊），故水源的熱損失和化學(xué)污染得以預(yù)防。且還去掉了相應(yīng)的管線，安裝也更加簡(jiǎn)單； 2. 可以連續(xù)操作， 即使在動(dòng)力失效時(shí)也可以通過自然風(fēng)在降低了換熱能力的條件下來運(yùn)轉(zhuǎn)； ，沒有應(yīng)力。 ，空 氣的熱導(dǎo)率和比熱要低的多，故使空冷器的初始費(fèi)用要比水冷器多得多； ，需要有大量的空氣強(qiáng)制流經(jīng)風(fēng)冷翅片。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三 章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及整體方案 第 節(jié) 制動(dòng)性能熱衰退機(jī)理分析 制動(dòng)器工作時(shí)，摩擦副間產(chǎn)生大量的熱且熱量來不及散失，摩擦副表面溫度急劇升高，當(dāng)摩擦片溫度升高到一定值時(shí)其表面材料開始熱分解和燒蝕，致使其摩擦因數(shù)發(fā)生變化。以石棉摩擦材料為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，導(dǎo)致熱衰退的直接原因就是摩擦副的溫升，故應(yīng)從摩擦副的升溫機(jī)理入手研究。以熱的形勢(shì)耗散掉摩擦能，在接觸表面上形成局部熱源，在短時(shí)間內(nèi)使其表面溫度迅速升高。在同一熱源作用下，熱物性不同的物體內(nèi)部所形成的溫度場(chǎng)分布情況有很大差別。而有機(jī)材料或聚合物組成的摩擦副，其熱物性較差，容易在表面形成熱量的積聚。制動(dòng)器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量一部分通過各種途徑散發(fā)出去，剩余部分在制動(dòng)鼓和摩擦片內(nèi)部積累，使其溫度升高。 制動(dòng)器吸收的制動(dòng)能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量。在鼓式制動(dòng)器中 ,制動(dòng)蹄在管路壓力的作用下壓緊在制動(dòng)鼓上 , 當(dāng)二者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) , 接觸的表面產(chǎn)生摩擦力 , 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 摩擦力所做的功轉(zhuǎn)化為熱量 ,即在摩擦表面產(chǎn)生熱量。兩個(gè)粗糙表面在干摩擦狀態(tài)下 , 摩擦力主要由三部分構(gòu)成 :一是在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) , 雙方微凸體頂峰的相互切削阻力 。 三是存在于摩擦面的磨損物在隨同摩擦運(yùn)動(dòng)過程中 ,一方面有可能重新壓入摩擦面而形成新的微凸峰而產(chǎn)生切削阻力 , 另一方面這些磨粒在摩擦面上以滑動(dòng)和滾動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)過程中 ,不斷對(duì)摩擦副表面產(chǎn)生切削也構(gòu)成了摩擦力的一部分。由機(jī)械切削作用而造成的接觸區(qū)域的塑性變形對(duì)摩擦熱有很大的影響。構(gòu)成摩擦熱量的另一部分是樹脂基有機(jī)復(fù)合摩擦材料在一定溫度下產(chǎn)生的化學(xué)變化。由上述分析可知 ,摩擦熱量絕大部分是由機(jī)械切削作用和接觸區(qū)域的塑性變形而形成的。磨損產(chǎn)物大都來自摩擦材料并附著在其表面之上不隨摩擦盤片轉(zhuǎn)動(dòng) , 故可認(rèn)為 ,摩擦熱量產(chǎn)生在摩擦材料表層 , 通過接觸界面?zhèn)鬟f到摩擦片中。因此冷卻制動(dòng)鼓時(shí)主要的冷卻部位應(yīng)該是在摩擦區(qū)域附近，往制動(dòng)鼓鼓風(fēng)時(shí)，冷卻氣流應(yīng)直接流經(jīng)該區(qū)域，這樣冷卻效果可視為最佳 。剎車片中的石棉在 250℃時(shí)就開始失去結(jié)晶水，750℃時(shí)就變成粉末而完全失去工作能力，粘結(jié)劑在 300℃以下就會(huì)產(chǎn)生降解，使剎車副摩擦表面的強(qiáng)度降低而喪失工作能力。因此，取剎車片摩擦磨損性能開始變化的溫度作為剎車副的許用溫度。根據(jù)熱容的加和性原理，即奈曼．考普(NeumannKopp)定律，其比熱容就在一個(gè)不太寬的范圍內(nèi)上下變化，因此對(duì)于同一狀態(tài)下的三種鑄鐵，都依照 HT250的比熱容來分析是可行的。由于制動(dòng)鼓的溫度不是恒定不變的，制動(dòng)鼓的溫度控制范圍主要在 200～ 300℃內(nèi)。通過這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)使氣運(yùn)動(dòng)加快帶走制動(dòng)所產(chǎn)生的熱量，降低制動(dòng)器工作溫度。 5℃時(shí)連續(xù)進(jìn)行 9次熱衰退試驗(yàn)，每次間隔 35 s。 表 溫度數(shù)據(jù)表 實(shí)驗(yàn)序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 制動(dòng)力矩均值